第1章 绪论 1
1.1 工业自动化及全集成自动化 1
1.2 工业自动化与PLC 2
1.2.1 PLC的产生及定义 2
1.2.2 PLC的特点 3
1.2.3 PLC控制系统的组成 4
1.2.4 PLC的发展趋势 6
1.2.5 PLC在工业自动化中的地位 8
1.3 西门子PLC产品结构 8
1.4 获取资料、软件和帮助 9
1.5 习题 9
第2章 PLC控制系统基础知识 10
2.1 自动控制系统 10
2.1.1 自动控制系统分类 10
2.1.2 自动控制系统性能要求 11
2.1.3 自动控制系统举例 12
2.2 常用低压电器 12
2.3 传感器 13
2.3.1 传感器的分类 14
2.3.2 常用传感器介绍 14
2.3.3 传感器应用举例 15
2.4 隔离栅和浪涌保护器 16
2.4.1 隔离栅的应用 16
2.4.2 浪涌保扩器的应用 19
2.5 执行装置 22
2.5.1 执行器分类 22
2.5.2 常用执行器介绍 22
2.5.3 执行器应用举例 24
2.6 系统输入／输出接口 25
2.6.1 PLC控制系统输入接口 25
2.6.2 PLC控制系统输出接口 32
2.7 PLC控制系统的电源与接地 34
2.7.1 PLC控制系统的电源 34
2.7.2 PLC控制系统的接地 36
2.8 习题 38
第3章 PLC的组成和工作原理 39
3.1 PLC的组成 39
3.1.1 中央处理单元 39
3.1.2 存储器 40
3.1.3 输入／输出部件 40
3.1.4 通信接口 41
3.1.5 电源 41
3.1.6 编程器 41
3.2 PLC的工作原理 41
3.2.1 PLC的等效电路 41
3.2.2 PLC的工作过程 42
3.2.3 PLC对输入／输出的处理规则 44
3.2.4 PLC输入／输出滞后的问题 44
3.2.5 PLC输入信号频率的问题 45
3.3 PLC的分类 45
3.4 习题 47
第4章 S7-200 PLC硬件系统 48
4.1 CPU及其性能参数 48
4.1.1 CPU性能参数 49
4.1.2 CPU内部资源 51
4.1.3 CPU寻址方式 55
4.2 数字量模块 60
4.3 模拟量模块 61
4.3.1 模拟量输入模块 61
4.3.2 模拟量输出模块 63
4.4 热电偶与热电阻模块 64
4.5 网络通信模块 65
4.6 位置控制模块 69
4.7 称重模块 72
4.8 文本显示器 73
4.9 触摸屏 74
4.10 习题 74
第5章 S7-200 PLC网络通信 75
5.1 网络通信基础知识 75
5.1.1 单工通信、半双工通信及全双工通信 75
5.1.2 串行传输和并行传输 76
5.1.3 异步传输和同步传输 76
5.1.4 串行通信接口 76
5.1.5 传输速率 77
5.1.6 OSI参考模型 77
5.2 S7-200 PLC网络通信简介 77
5.3 PPI与自由口通信 78
5.3.1 PPI网络通信的基本概念 78
5.3.2 PPI网络通信配置 79
5.3.3 在编程软件中配置PPI网络通信 80
5.3.4 自由口通信 83
5.4 MPI网络通信 84
5.5 AS-i网络通信 85
5.6 PROFIBUS网络通信 88
5.7 工业以太网通信 90
5.8 习题 91
第6章 S7-200 PLC软件基础知识 93
6.1 IEC 61131-3国际标准简介 93
6.2 STEP 7-Micro/WIN简介 95
6.2.1 编程软件的安装 96
6.2.2 STEP 7-Micro/WIN软件界面和项目组成 96
6.2.3 建立通信连接 98
6.2.4 项目创建和程序编写 100
6.2.5 程序编译和下载 100
6.2.6 程序监控与调试 101
6.2.7 出错处理 104
6.2.8 系统块设置 104
6.2.9 使用向导功能 105
6.3 数据类型与数据格式 107
6.3.1 数据类型 107
6.3.2 数据格式 108
6.4 习题 108
第7章 S7-200 PLC软件指令系统 109
7.1 S7-200 PLC指令规约 109
7.1.1 程序编辑器中使用的规约 109
7.1.2 S7-200编程的通用规约 110
7.2 位逻辑指令 111
7.2.1 输入／输出指令 111
7.2.2 逻辑指令 112
7.3 置位、复位及边沿触发指令 114
7.3.1 置位和复位指令 114
7.3.2 边沿触发指令 116
7.4 定时器和计数器指令 117
7.4.1 定时器指令 117
7.4.2 计数器指令 121
7.5 时钟指令 125
7.6 移位和循环指令 126
7.6.1 移位指令 126
7.6.2 循环移位指令 128
7.6.3 移位寄存器指令 128
7.7 顺序控制继电器指令 130
7.8 程序控制指令 131
7.8.1 跳转指令和标号指令 132
7.8.2 调用子程序和子程序返回 132
7.8.3 循环指令和循环结束指令 133
7.8.4 条件结束指令、停止指令和看门狗复位指令 135
7.9 比较和传送指令 135
7.9.1 比较指令 135
7.9.2 传送指令 137
7.10 表功能指令 139
7.10.1 填表指令 139
7.10.2 查表指令 139
7.10.3 先进先出指令 141
7.10.4 后进先出指令 141
7.10.5 存储器填充指令 142
7.11 数据转换指令 142
7.11.1 数字转换指令 142
7.11.2 实数与双整数转换指令 143
7.11.3 译码和编码指令 144
7.11.4 ASCII码转换指令 145
7.11.5 字符串转换指令 148
7.11.6 段码指令 149
7.12 数学运算指令 149
7.12.1 算术运算指令 150
7.12.2 浮点数函数运算指令 153
7.13 中断指令 154
7.13.1 中断事件 154
7.13.2 中断连接指令和中断分离指令 156
7.14 逻辑堆栈指令 158
7.14.1 栈装载与、栈装载或指令 158
7.14.2 压栈、读栈、退栈、装载指令 159
7.15 通信指令 160
7.15.1 网络读／写指令 160
7.15.2 通信口发送／接收指令 162
7.15.3 获取与设置通信口地址指令 162
7.15.4 其他通信指令 162
7.16 习题 163
第8章 S7-200 PLC特殊功能应用 164
8.1 高速计数器简介 164
8.2 高速计数器工作模式 165
8.3 高速计数器指令及相应的特殊存储器 167
8.3.1 高速计数器指令 167
8.3.2 高速计数器的状态字 167
8.3.3 高速计数器的控制字 168
8.3.4 高速计数器的当前值和预置值 168
8.3.5 高速计数器的中断功能 169
8.4 高速计数器使用步骤与应用举例 169
8.4.1 高速计数器使用步骤 169
8.4.2 高速计数器应用举例 172
8.5 脉冲输出简介 172
8.6 PTO及其应用 174
8.7 PWM及其应用 180
8.8 习题 183
第9章 S7-200 PLC闭环控制的实现 184
9.1 闭环控制系统的组成 184
9.2 PID调节器及其数字化 184
9.2.1 PID调节器 184
9.2.2 PID调节器的数字化 185
9.3 PID指令及闭环控制系统的实现 186
9.3.1 输入模拟量的转化及标准化 186
9.3.2 输出量转换为工程实际值 186
9.3.3 PID指令向导 187
9.3.4 PID指令调用 190
9.4 PID参数整定与整定控制面板 192
9.4.1 PID参数整定 192
9.4.2 PID参数自整定 192
9.4.3 PID整定控制面板 193
9.4.4 PID整定面板使用 195
9.5 仿真参数转化为实际控制参数 196
9.6 获得稳定的PID进程的问题和解决方法 197
9.7 习题 199
第10章 PLC应用程序设计 200
10.1 PLC程序组织 200
10.1.1 程序的类别 200
10.1.2 程序结构 200
10.2 PLC程序设计方法 200
10.2.1 图解法 200
10.2.2 经验设计法 201
10.2.3 状态程序设计法 202
10.2.4 顺序功能图设计法 207
10.3 PLC逻辑控制程序设计 212
10.4 PLC过程控制程序设计 214
10.4.1 模拟量输入及数值整定 214
10.4.2 输入量软件滤波 215
10.4.3 模拟量输出及整定 218
10.4.4 控制器的控制流程 219
10.4.5 中断程序设计介绍 219
10.4.6 其他控制子程序 219
10.4.7 热交换控制系统举例 220
10.5 PLC脉冲量控制程序设计 232
10.5.1 平台介绍 232
10.5.2 系统参数 233
10.5.3 定位程序库介绍 234
10.5.4 定位程序 241
10.6 习题 245
第11章 S7-200 PLC与工程应用技术 247
11.1 S7-200配方应用技术 247
11.1.1 配方的概念 247
11.1.2 配方的实现 248
11.1.3 配方的应用 248
11.2 S7-200数据归档应用技术 252
11.2.1 数据归档的概念 252
11.2.2 数据归档的实现 253
11.2.3 数据归档的应用 254
11.2.4 数据归档的上载 258
11.2.5 获取存储卡信息 259
11.3 S7-200与TD 200人机界面应用技术 259
11.3.1 S7-200 TD人机界面应用技术 259
11.3.2 S7-200与触摸屏人机界面应用技术 264
11.3.3 S7-200与WinCC人机界面应用技术 274
11.4 S7-200与变频器应用技术 282
11.4.1 变频器驱动概述 282
11.4.2 变频器调速原理 283
11.4.3 MicroMaster 440通用变频器 284
11.4.4 S7-200的USS主站通信编程 286
11.4.5 MM 440的参数设置 289
11.5 S7-200与网络通信应用技术 291
11.5.1 PPI网络通信 291
11.5.2 MPI网络通信 298
11.5.3 S7-300与S7-200的EM277之间的PROFIBUS-DP通信连接 301
11.5.4 S7-300与S7-200的CP243-1之间的PROFINET通信连接 305
11.6 习题 316
第12章 PLC控制系统设计 317
12.1 PLC控制系统设计原则与流程 317
12.1.1 PLC控制系统设计原则 317
12.1.2 PLC控制系统设计流程 317
12.2 PLC控制系统被控对象的分析与描述 318
12.3 PLC控制系统总体设计 319
12.4 PLC控制系统硬件设计 319
12.4.1 传感器与执行器的确定 319
12.4.2 PLC控制系统模块的选择 319
12.4.3 控制柜设计 321
12.4.4 I/O模块原理图设计 321
12.5 PLC控制系统软件设计 321
12.5.1 控制软件设计 321
12.5.2 监控软件设计 322
12.6 PLC控制系统的可靠性设计 322
12.6.1 环境技术条件设计 322
12.6.2 控制系统的冗余设计 324
12.6.3 控制系统的供电系统设计 326
12.7 PLC控制系统的调试 327
12.7.1 模拟调试 327
12.7.2 现场调试 327
12.8 PLC控制系统设计举例 328
12.8.1 被控对象分析 329
12.8.2 提取站控制系统方案论证与总体设计 330
12.8.3 系统硬件设计 331
12.8.4 系统软件设计 333
12.8.5 系统调试 336
12.9 习题 337
第13章 PLC控制系统工程实例 338
13.1 矿山空气压缩机智能监控系统 338
13.1.1 被控对象分析与描述 338
13.1.2 系统方案论证 339
13.1.3 系统总体设计 340
13.1.4 系统硬件设计 342
13.1.5 系统软件设计 349
13.1.6 系统调试 363
13.1.7 技术文档整理 364
13.2 传送带控制系统 364
13.2.1 被控对象分析与描述 364
13.2.2 系统方案论证 366
13.2.3 控制系统总体方案 366
13.2.4 系统硬件设计 367
13.2.5 软件设计 371
13.2.6 系统调试 375
13.2.7 技术文档整理 375
13.3 汽车椅套装配系统 376
13.3.1 被控对象分析 376
13.3.2 系统整体设计 377
13.3.3 系统硬件设计 378
13.3.4 系统软件设计 380
13.3.5 系统调试 385
13.3.6 技术文档整理 385
13.4 习题 385
第14章 S7-1200 PLC介绍 386
14.1 S7-1200 PLC简介 386
14.2 S7-1200与S7-200和S7-300的区别 387
14.2.1 硬件 387
14.2.2 软件平台 389
14.2.3 程序 389
14.2.4 内部功能 391
14.2.5 通信 392
14.3 S7-1200 PLC简介 392
14.3.1 总体介绍 392
14.3.2 主要模块 393
14.3.3 应用领域 393
14.4 STEP 7-Basic简介 393
14.4.1 总体介绍 393
14.4.2 软件功能结构 394
14.5 SIMATIC HMI精简面板简介 395
14.5.1 总体介绍 395
14.5.2 基本功能 395
14.6 S7-1200通信简介 396
14.6.1 点对点通信 396
14.6.2 PROFINET通信 396
14.7 S7-1200功能对象简介 397
14.7.1 基本功能型对象 397
14.7.2 运动控制 397
14.8 习题 398
附录 399
附录A 实验指导书 399
A.1 基础实验 399
A.2 应用实验 406
A.3 综合实验 410
A.4 控制系统设计实验 418
附录B S7-200性能参数 423
附录C S7-200硬件模块参数 432
C.1 数字量扩展模块规范 432
C.2 模拟量扩展模块规范 434
附录D 错误代码 437
D.1 致命错误代码和信息 437
D.2 运行程序错误 438
D.3 编译规则错误 439
附录E S7-200快速参考信息 440
附录F 特殊存储器标志位 446
F.1 SMB0 446
F.2 SMB1 446
F.3 SMB2 447
F.4 SMB3 447
F.5 SMB4 447
F.6 SMB5 448
F.7 SMB6 448
F.8 SMB7 448
F.9 SMB8到SMB21 448
F.10 SMW22到SMW26 449
F.11 SMB28和SMB29 450
F.12 SMB30和SMB130 450
F.13 SMB31和SMW32 451
F.14 SMB34和SMB35 451
F.15 SMB36到SMB65 451
F.16 SMB66到SMB85 453
F.17 SMB86到SMB94和SMB186到SMB194 454
F.18 SMW98 454
F.19 SMB130 455
F.20 SMB131到SMB165 455
F.21 SMB166到SMB185 456
F.22 SMB186到SMB194 456
F.23 SMB200到SMB549 456
参考文献 458